🔊 Ultraschallprüfung (UT)
Kurz gefasst
Nachweis und Dimensionierung von inneren und oberflächlichen Fehlern in metallischen Werkstoffen mittels Ultraschallwellen. Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 16810:2014-02; Frequenzbereich: 1–10 MHz (typisch 2–5 MHz für Stahl). Das Verfahren umfasst 10 Schritte (insgesamt rund 1 Std. 2 Min.–3 Std. 2 Min.); eingesetzt wird sie unter anderem für: Prüfung von Schweißverbindungen in Stahlkonstruktionen (EN ISO 17640), Kontrolle von Blechen und Hüttenprodukten (EN 10160 — Bleche, EN 10228 — Schmiedestücke), Prüfung von Erdöl- und Gasleitungen (API 5L, ASME B31.3).
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN ISO 16810:2014-02
- Kategorie: Bauwesen
- Verfahrensschritte: 10
- Gesamtdauer der Schritte: 1 Std. 2 Min.–3 Std. 2 Min.
- Frequenzbereich: 1–10 MHz (typisch 2–5 MHz für Stahl)
- Dickenbereich: 1 mm – mehrere Meter (abhängig von Werkstoff und Frequenz)
- Schallgeschwindigkeit in Stahl: 5 900 m/s (Longitudinal), 3 250 m/s (Transversal)
Übersicht
Die Ultraschallprüfung (UT — Ultrasonic Testing) ist eine der wichtigsten und am häufigsten eingesetzten Methoden der zerstörungsfreien Prüfung, die den Nachweis innerer Ungänzen (Risse, Bindefehler, Einschlüsse, Porosität) sowie äußerer Ungänzen in metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen ermöglicht. Die Norm PN-EN ISO 16810 legt die allgemeinen Grundsätze der UT-Prüfung fest, und die Norm PN-EN ISO 17640 — die spezifischen Anforderungen für die Prüfung von Schweißnähten.
Die Methode basiert auf der Ausbreitung von Ultraschallwellen (typisch 1–10 MHz) im Werkstoff. Die von einem piezoelektrischen Prüfkopf emittierte Welle breitet sich im Werkstoff aus und wird an Ungänzen oder der gegenüberliegenden Wand reflektiert. Aus der Laufzeit und der Echoamplitude werden Tiefe, Lage und Größe des Fehlers bestimmt. UT-Prüfungen sind besonders wirksam beim Nachweis flacher Fehler (Risse, Bindefehler) — die mit anderen Methoden schwer nachweisbar sind.
Neben der konventionellen UT werden heute fortschrittliche Techniken eingesetzt: Phased Array UT (PAUT) — Gruppenstrahlertechnik mit elektronischer Strahlsteuerung, TOFD (Time of Flight Diffraction) — Beugungstechnik zur präzisen Fehlerdimensionierung, sowie Full Matrix Capture (FMC/TFM) — neueste Technik zur Volumenabbildung.
UT-Prüfungen erfordern qualifiziertes ZfP-Personal nach PN-EN ISO 9712 (Stufe 2 oder 3 für die Bewertung). Die Methode wird im Stahlbau (EN 1090), in der Energietechnik, in der Erdölindustrie (API), im Schiffbau und in der Luftfahrt eingesetzt.
Prinzip der Methode
Der Ultraschallprüfkopf (piezoelektrischer Wandler) sendet einen Ultraschallimpuls in das Prüfmaterial. Die Welle breitet sich mit einer werkstoffcharakteristischen Geschwindigkeit aus (z.B. ~5 900 m/s in Stahl — Longitudinalwelle). An Grenzflächen mit unterschiedlicher akustischer Impedanz (Ungänze, Rückwand) wird die Welle reflektiert. Das reflektierte Echo wird vom Prüfkopf registriert und auf dem Bildschirm als A-Bild (Amplitude vs. Zeit) dargestellt. Die Reflektortiefe wird berechnet: d = v × t / 2, seine Größe wird anhand der Echoamplitude im Vergleich zu einem Bezugsreflektor (z.B. Flachbodenbohrung — DAC) bewertet.
Anwendungen
- Prüfung von Schweißverbindungen in Stahlkonstruktionen (EN ISO 17640)
- Kontrolle von Blechen und Hüttenprodukten (EN 10160 — Bleche, EN 10228 — Schmiedestücke)
- Prüfung von Erdöl- und Gasleitungen (API 5L, ASME B31.3)
- Wanddickenmessung (Korrosion, Erosion) — ohne Demontage der Anlage
- Prüfung von Gussteilen (Lunker, Porosität)
- Kontrolle von Eisenbahnschienen und Wagenrädern
- Prüfung von Luftfahrtkomponenten (CFK-Verbundwerkstoffe — Immersionstechnik)
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Frequenzbereich | 1–10 MHz (typisch 2–5 MHz für Stahl) |
| Dickenbereich | 1 mm – mehrere Meter (abhängig von Werkstoff und Frequenz) |
| Schallgeschwindigkeit in Stahl | 5 900 m/s (Longitudinal), 3 250 m/s (Transversal) |
| Einschallwinkel | 0° (Senkrechtprüfkopf), 45°/60°/70° (Winkelprüfkopf) |
| Empfindlichkeit | Nachweis von Reflektoren ≥ 1,5 mm (FBH) in Stahl |
| Ortungsgenauigkeit | ±1 mm (Tiefe), ±2 mm (Position entlang der Naht) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 16810:2014-02
- Titel (PL)
- Badania nieniszczące — Badania ultradźwiękowe — Zasady ogólne
- Title (EN)
- Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General principles
Schritt-für-Schritt-Verfahren
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Oberflächenvorbereitung
Prüffläche reinigen und glätten. Unebenheiten, Farbe, Rost, Schweißspritzer entfernen. Rauheit ≤ 6,3 µm Ra.
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Bereichskalibrierung
Am Kalibrierkörper V1 den Darstellungsbereich einstellen (z.B. 100 mm, 250 mm). Schallgeschwindigkeit im Werkstoff prüfen.
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Winkel- und Austrittsindexkalibrierung
Am Kalibrierkörper V1/V2 den Einschallwinkel und Austrittsindex des Winkelprüfkopfs prüfen. Korrektur bei Abweichung > 2°.
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Empfindlichkeitseinstellung
DAC-Kurve (Distance Amplitude Correction) oder TCG (Time Corrected Gain) an Referenzreflektoren einstellen. Bewertungsschwelle nach ISO 11666.
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Auftragen des Koppelmittels
Koppelgel auf die Prüffläche auftragen. Durchgängigen Kontakt des Prüfkopfs mit dem Werkstoff gewährleisten.
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Abtastung
Prüfkopf mit einer Geschwindigkeit ≤ 150 mm/s über die Oberfläche führen. In zwei zueinander senkrechten Richtungen abtasten. Spurüberlappung mind. 10%.
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Identifizierung von Anzeigen
Anzeigen oberhalb der Registrierschwelle aufzeichnen. Bestimmen: Tiefe, Position, Amplitude, Länge.
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Fehlerdimensionierung
Anzeigen mit 6-dB-Drop-Technik (Länge) und Amplitudentechnik (Höhe) dimensionieren. Bei TOFD — direkte Zeitmessung der Beugungssignale.
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Ergebnisbewertung
Anzeigen mit Akzeptanzkriterien vergleichen (z.B. EN ISO 11666 — Akzeptanzstufen 1/2/3). Fehler klassifizieren.
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Bericht
Prüfbericht erstellen: Teilidentifikation, UT-Technik, Parameter, Anzeigenkarte, Bewertung nach Norm.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Ultraschall-Fehlerprüfgerät | Olympus EPOCH 650, Krautkrämer USM 100, GE USM Go+ | 25 000–80 000 PLN |
| PAUT / TOFD-Prüfgerät | Olympus OmniScan X3, Zetec TOPAZ 64, Sonatest Veo+ | 80 000–250 000 PLN |
| Senkrechtprüfkopf (0°) | Olympus V106 (2,25 MHz), V109 (5 MHz), Durchmesser 24 mm | 500–2 000 PLN |
| Winkelprüfkopf | Olympus A545S-SB (45°), A560S-SB (60°), A570S-SB (70°) | 800–3 000 PLN |
| Kalibrierkörper | Kalibrierkörper V1 (EN ISO 2400), V2 (EN ISO 7963), Stufenkörper | 1 000–5 000 PLN |
| Koppelmittel | Ultraschall-Gel Olympus Couplant D, Glycerin, Zellulosepaste | 30–100 PLN / Liter |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Koppelgel | — | Gewährleistet die Schallübertragung vom Prüfkopf in den Werkstoff — beseitigt die Luftschicht, Glycerin oder Wassergel |
| Kalibrierkörper V1 (EN ISO 2400) | — | Stahlkörper mit Schlitzen — zur Kalibrierung von Bereich, Winkel und Empfindlichkeit, mit Zertifikat |
| Kalibrierkörper V2 (EN ISO 7963) | — | Kleiner Taschenkörper — zur schnellen Kontrolle von Winkel und Austrittsindex des Winkelprüfkopfs |
| DAC-Referenzkörper | — | Proben mit Flachbodenbohrungen (FBH) oder Nuten (Notch) — DAC-Kurve / TCG |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Arbeiten in der Höhe (Stahlkonstruktionen) — Auffanggurt, Helm, Absturzsicherung
- Koppelgel — rutschig, Ausrutschgefahr auf dem Boden
- Arbeiten im Lärm (z.B. Produktionshallen) — Gehörschutz
- Heiße Bauteile (in-situ) — Thermoschutzhandschuhe, Hochtemperatur-Prüfköpfe (bis 500°C)
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN ISO 16810:2014-02 — „Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General principles“.
Wie funktioniert diese Methode?
Der Ultraschallprüfkopf (piezoelektrischer Wandler) sendet einen Ultraschallimpuls in das Prüfmaterial. Die Welle breitet sich mit einer werkstoffcharakteristischen Geschwindigkeit aus (z.
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Frequenzbereich: 1–10 MHz (typisch 2–5 MHz für Stahl); Dickenbereich: 1 mm – mehrere Meter (abhängig von Werkstoff und Frequenz); Schallgeschwindigkeit in Stahl: 5 900 m/s (Longitudinal), 3 250 m/s (Transversal); Einschallwinkel: 0° (Senkrechtprüfkopf), 45°/60°/70° (Winkelprüfkopf).
Wie lange dauert die Prüfung?
Die für die einzelnen Schritte angegebenen Zeiten ergeben zusammen rund 1 Std. 2 Min.–3 Std. 2 Min. Das Verfahren umfasst 10 Schritte.
Welche Geräte werden benötigt?
Ultraschall-Fehlerprüfgerät, PAUT / TOFD-Prüfgerät, Senkrechtprüfkopf (0°), Winkelprüfkopf, Kalibrierkörper, Koppelmittel. Richtpreis für das Kerngerät (Ultraschall-Fehlerprüfgerät): 25 000–80 000 PLN.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Prüfung von Schweißverbindungen in Stahlkonstruktionen (EN ISO 17640); Kontrolle von Blechen und Hüttenprodukten (EN 10160 — Bleche, EN 10228 — Schmiedestücke); Prüfung von Erdöl- und Gasleitungen (API 5L, ASME B31.3); Wanddickenmessung (Korrosion, Erosion) — ohne Demontage der Anlage; Prüfung von Gussteilen (Lunker, Porosität); Kontrolle von Eisenbahnschienen und Wagenrädern; Prüfung von Luftfahrtkomponenten (CFK-Verbundwerkstoffe — Immersionstechnik).
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Arbeiten in der Höhe (Stahlkonstruktionen) — Auffanggurt, Helm, Absturzsicherung; Koppelgel — rutschig, Ausrutschgefahr auf dem Boden; Arbeiten im Lärm (z.B. Produktionshallen) — Gehörschutz; Heiße Bauteile (in-situ) — Thermoschutzhandschuhe, Hochtemperatur-Prüfköpfe (bis 500°C).
Welches Labor führt diese Prüfung durch?
Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-EN ISO 16810.